DE2002762A1

DE2002762A1 - Gasturbine

Info

Publication number: DE2002762A1
Application number: DE19702002762
Authority: DE
Inventors: Hemsworth Martin Carl
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-01-23
Filing date: 1970-01-22
Publication date: 1970-09-03
Also published as: JPS4820641B1; BE744805A; GB1291695A; FR2028999A1; US3527054A

Description

HElNZ LINSER - PATENTANWALT - PHY-SIKEB

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GENEIiAL ELECTRIC COMPANY

1 R ive r Road
.Schenectady, N. Y. / USA

Gasturbine

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserung⁶π bei Gasturbinen und insbesondere auf Verbesserungen zur Erzielung von Preßluft geringer Temperaturen zur Vermeidung von Ölverlusten aus dem Sumpf, in dem geschmierte Lager und/oder Getriebe untergebracht sind.

Es ist bekannt, bei Gasturbinen stationäre Sumpfkammern zur Unterbringung von Lagern und Getrieben vorzusehen, die mit Vorrichtungen zur ringförmigen Abdichtung solcher Sümpfe relativ zum Rotor der Gasturbine ausgerüstet sind. Allgemein gesagt gibt es einen kontinuierlichen Ölstrom in derartige Sümpfe, der gegen die Lager und Getriebe gerichtet ist, um sowohl eine Kühlung als auch eine Schmierung zu bewirken. Es werden auch Sumpfpumpen verwendet, um das

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Öl aus dem Sumpf abzusaugen, so daß es durch einen Kühler zirkulieren kann, bevor es erneut in den Sumpf gelangt.

Es ist bekannt, daß ringförmige Flüssigkeitsdichtungen zwischen den rotierenden und stationären Teilen Leckagen aufweisen, die für den praktischen Betrieb einer Gasturbine entsprechend ausgebildet sind. Es ist daher allgemein üblich Kammern, die die Sumpfdichtungen umgeben, unter Druck zu setzen, so daß ein Leckagestro« durch die Dichtungen in die Sümpfe erfolgt. Durch diese Technik werden wegen der Sumpfdichtungsleckage aus dem Schmiersystem Ölverluste ver-P mieden.

Man hat auch bereits Preßluft aus dem Kompressor einer Gasturbine abgezapft und sie direkt derartigen Druckkammern zugeleitet. Dort, wo jedoch Labyrinthzahndichtungen bei Maschinen verwendet werden die Kompressoren mit einem hohen Druckverhältnis verwenden, läßt sich diese bekannte Technik nicht anwenden. Labyrinthzahndichtungen sind wegen ihrer langen Lebensdauer und geringen Kosten sehr erwünscht, Sie weisen jedoch eine größere Leckage als die positiveren Arten der ringförmigen Dichtungen auf, wie beispielsweise Kohlenstoff dichtungen. Dies bedeutet, daß relativ größere k Luftraengen in die Schmiermittelsümpfe gelangen, um eine Ölleckage zu vermeiden. Da eine Kompressormaschine eine angemessene Quelle darstellt, aus der derartige Luft abgeleitet werden kann, so stellt die Temperatur ein Problem dar. Der Grund dafür ist, daß bei mehrstufigen Kompressoren mit hohem Druckverhältnis, die niedrigen Stufen des Kompressors keinen angemessenen positiven Druck bei geringeren Betriebsgeschwindigkeiten aufweisen. Wenn Luft von einem Kompressor einer höheren Stufe abgezapft wird, der den notwendigen positiven Druck bereits bei geringen Geschwindigkeiten aufweist als bei höheren Geschwindigkeiten, so ist ihre Temperatur, wenn sie in den Sumpf gelangt, so hoch, daß sie eine Zersetzung des Öls bewirkt.

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Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, in einfacher und wirtschaftlicher Weise Druckluft aus einem Kompressor mit einem hohen Druckverhältnis zur Vermeidung einer Öllecfcage aus dem Schmiermittelsumpf mit einer Gasturbine vorzusehen.

Die Lösung des aufgezeigten Problems geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß bei einer Gasturbine mit mehrstufi-Axialstromkompressoren, einem Verdichter und einer Turbine, einem Maschinenrotor, der einen Kompressor besitzt, welcher mit Turbinenrotoren verbunden ist und Lager, die den Maschinenrotor tragen, ferner mit Schmiermittelsümpf en, die die Lager umgeben, ringförmige Vorrichtungen zur Dichtung der Sümpfe relativ zum Maschihenrotor, und Druckkammervorrichtungen, die die ringförmigen Dichtungen umgeben, in der Maschine Abzugsvorrichtungen vorgesehen werden, die primäre Einlaßvorrichtungen besitzen und die über Leitungen mit einer Stufe des Kompressoi's verbunden sind, der eine bestimmte Druckhöhe bei allen Maschinenbetriebsbedingungen aufweist, und daß sekundäre Einlaßvorrichtungeri in Verbindung mit einer Quelle einer relativ kalten Luft relativ geringen Druckes vorgesehen sind, wobei die Abzugsvorrichtung einen Auslaß zur Abströmung der gemischten Luft aufweist, die eine Temperatur und einen Druck zwischen denjenigen besitzt, die von der Kompressorluft abgezapft wurde und der Sekundärluft und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, "um die aus der Abzugsvorrichtung ausströmende Luft in die Druckkammern zu leiten.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung einer Gasturbine unter Verwendung der vorliegenden Erfindung;

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Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines Schmiermittelsumpfes, der in der Figur 1 enthalten ist, und

Figur 3 eine vergrößerte Ansicht einer Abzugsvorrichtung, die ebenfalls aus der Figur 1 ersichtlich ist.

Die in Figur 3 dargestellte Gasturbine enthält eine Hauptmaschine oder ein Gasgeneratorteil 12, das einen ringförmigen heißen Gasstrom erzeugt. Dieser Gasstrom gelangt zu einer Leistungsturbine 14 und treibt diese an. Die Leistungsturbine 14 besitzt eine Ausgangswelle 16, die über eine biegsame Kupplung 18 mit einem anzutreibenden Mechanismus,

^ wie z.B. einen elektrischen Generator, verbunden sein kann.

Der Gasgenerator 12 enthält ferner einen Kompressor 20, der Luft komprimiert um eine Verbrennung eines Brennstoffes in einer Brennkammer 22 zu unterstützen, so daß der genannte heiße Gasstrom erzeugt wird. Dieser heiße Gasstrom gelangt durch eine Gasgenera tor turbine 24 bevor er die Leistungsturbine 14 antreibt.

Dieser Maschinentyp wird allgemein als eine Zwei-Rotor-Maschine bezeichnet, bei der eine rohrförmige Welle 26 an einem Ende mit dem Rotor 28 der Kernmaschine, und am anderen Ende mit dem Rotor 30 des Kompressors in bekannter Ii Weise verbunden ist, um einen Maschinenrotor zu bilden.

Der zweite Rotor dieser Maschine enthält den Leistungsturbinenrotor 32, aus dem sich die Ausgangswelle 16 erstreckt, welche mit diesem, wie als Beispiel dargestellt, mit einer Splintverbindung 34 verbunden ist.

Das abströmseitige Ende des Leistungsturbinenrotors 32 ist durch ein Lagerpaar 36 gelagert, das sich innerhalb eines ringförmigen Sumpfes 38 befindet. Die Lager 36 werden durch einen Rahmen 37 strukturmäßig gestützt, welcher Verstrebungen 39 besitzt, die sich durch den heißen Gasstrom

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zu einem äußeren Gehäuse erstrecken. Eine Kammer 4O umgibt den Sumpf 38 und wird um Ölleckageh. zu vermeiden unter Druck gesetzt, wie noch später beschrieben wird. Zwischen dem Rotor 32 und den Wänden des Sumpfes 38 und den Wänden der Kammer 40 befinden sich entsprechende Dichtungen 42 und 44.

Daseinströmseitig gelegene Ende des Turbinenrotors und das abströmseitige Ende des Gasgeneratorrotors werden durch Lager 48 und 50, die durch einen Rahmen 52 getragen werden, gelagert. Ein ringförmiger Sumpf 54 umgibt diese Lager mit Dichtungen 56, die sich zwischen den Sumpfwänden und den ä

entsprechenden Rotoren befinden. Ein ringförmiges Gehäuse begrenzt eine Kammer 60, welche die ringförmige Dichtung 56 umgibt. Die Dichtungen 62 befinden sich zwischen dem Gehäuse 58 und den entsprechenden Rotoren.

Das Mittelteil des Gasgeneratorrotors wird durch ein Lager getragen, das von einem Rahmen 66 gehalten wird. Ein Sumpf 68 umgibt das Lager 64 und besitzt zwischen ihm und der Welle Dichtungen 70. Ein Gehäuse 72 begrenzt eine Kammer 74, welche den Sumpf 68 umgibt und ist mit Dichtungen 75 zwischen ihm und dem Rotor versehen.

Das vordere-Ende des Gasgeneratorrotors wird durch Lager 76 -f

getragen, das von einem vorderen Rahmen 78 gehalten wird. Ein Sumpf 80 schließt das vordere Ende des Rotors ein, und ist mit einer ringförmigen Dichtung 82 zwischen ihm und dem Rotor versehen. Ein Gehäuse 84 begrenzt eine Kammer 86, welche die Dichtung 82 umgibt und ist mit einer Dichtung 88 zwischen ihr und dem Rotor versehen.

Die Figur 2 zeigt den zuerst beschriebenen hinteren Sumpf im Detail. Sowohl gegen diese Lager als auch gegen das Getriebe 90 (eines davon ist dargestellt) wird ununterbrochen Öl angeströmt, welche dazu dienen die Ölpumpe anzutreiben.

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Öl und Luft werden ständig aus dem Sumpf durch eine Verbindung mit der Sogseite der Ölpumpe abgezogen. Auf diese Weise wird ein relativ geringer Druck in dem Sumpf aufrechterhalten.

Aus Figur 2 ist auch ersichtlich, daß die Dichtungen 42 und 44 aus der bevorzugten Labyrinthzahndichtung bestehen, welche ringförmige Zähne besitzen, die gegenüber einer zylindrischen Dichtungsoberfläche sehr eng angeordnet sind.

Es ist ersichtlich, daß durch Aufrechterhaltung eines höheren Druckes in der Druckkammer 40 als im Sumpf 38 ein Luftstrom durch die Dichtung 42 mindestens teilweise einen Ölverlust aus dem Sumpf verhindert.

Diese Druckluft für die Kammer 40 ebenso wie für die Kammern 60, 74 und 86 wird aus dem Kompressor 20 abgeleitet. Eine Leitung 92 ist mit dem Kompressorgehäuse 94 verbunden, und zwar mit einer bestimmten mittleren Stufe, die einen genügend positiven Druck während der gesamten Maschinenbetriebszyklen aufweist, um einen geeigneten Druck in den Druckkammern durch Vorrichtungen, die im folgenden beschrieben werden, sicherzustellen. Die normalerweise für die Abzapfung der Luft ausgewählte Stufe ist die niedrigste Stufe, die derartige Drucke liefert.

Die Leitung 92 ist mit den primären Eingängen 93 der zwei Abzugsvorrichtungen 96 und 98 verbunden. Diese Abzugsvorrichtungen können gleich ausgebildet sein und können die Form annehmen, die die vergrößerte Ansicht der Abzugsvorrichtung 96 in Figur 3 zeigt. Die primäre Einspeisung erfolgt aus der Staudüse lOO in eine vergrößerte Kammer 1Ol, die einen zweiten Eingang in Form eines Rohres 1O2 besitzt, das zur umgebenden Luft offen ist. Die Wirkung der Düse besteht darin, Sekundärluft mitzureißen und diese in einen Mischkanal 102 zu treiben. Abströmseitig zum Mischkanal

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ist ein Diffusor angeordnet, der zum Auslaß 105 der Abzugsvorrichtung führt. Die Ausströmung aus der AbzugsVorrichtung stellt somit eine Mischung der aus dem Kompressor abgezapften Luft und der Ümgebungsluft dar, -

Die Auslaßöffnung aus der Abzugsvorrichtung 96 ist über Leitungen 1O6 mit der Kammer 86'.undüber Leitungen 1Ö8 mit der Kammer 74 verbunden. Dife Auslaßöffnuhg der Abzugsvorrichtung 98 ist über eine Leitung 110 mit der Kammer 60 und über eine Leitung 112 mit der Kammer 40 verbunden. Die Leitungen können mit verschiedenen Kammern über die Verstrebungen verbunden werden, die normalerweise bei derartigen Maschinen vorhanden sind. Diese Verstrebungen dienen ä auch zur Unterbringung der Ölversorgungsleitungen, die zu den und aus den Schmiermittelsümpfen führen.

.Die Verwendung einer Abzugsvorrichtung wie besehrieben stellt eine geeignete Druckhaltung sicher, um eine Ölleckage aus den Sümpfen zu vermeiden. Die umgebende Luft enthält diese bei einer genügend niedrigen Temperatur um eine 0*1-zersetzung zu verhindern, sogar wenn beträchtliche Luftmengen in.die Sümpfe getrieben werden, und wird mit <Xem Qj, mitgerissen.

Während in der vorliegenden Beschreibvmg der Erfindung. zwei Abzugsvorrichtungen verwendet werden, kann auch eine | einzige Abzugsvorrichtung für mehrere Sümpfe oder jeweils eine besondere Abzugsvorrichtung für jeden Sumpf in Abhängigkeit von den Erfordernissen einer gegebenen Maschine und der entsprechenden Anwendung verwendet werden.

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Claims

Patentanspruch:

Γ Gasturbine mit einem mehrstufigen Axialstromkompressor, einem Verdichter und einer Turbine, sowie einem Maschinenrotor, der Kompressor und Turbinenrotor verbindet, ferner Lager von denen der Maschinenrotor getragen wird, einen Schmiermittelsumpf, der das Lager umgibt und ringförmige Vorrichtungen zur Dichtung des Sumpfes relativ zum Maschinenrotor besitzt und Druckkammern die die ringförmige Dichtung umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß Abzugsvorrichtungen (96) vorhanden sind, die einen primären Einlaß (93) besitzen, welcher über Zuleitungen (92) mit einer Stufe des Kompressors verbunden ist, der einen bestimmten Druck bei allen Maschinenbetriebsbedingungen aufweist und einen sekundären Einlaß (102), der in Verbindung mit einer Quelle relativ kalter Luft und relativ geringen Druckes steht, wobei die Abzugsvorrichtung (96) einen Auslaß (105) hat, der zur Ausstränung einer gemischten Luft dient, die eine Temperatur und einen Druck besitzt, die zwischen denjenigen der aus dem Kompressor abgezapften Luft und der Sekundärluft liegen, uad daß Vorrichtungen (106) zur Leitung der aus der Abzugsvorrichtung entströmenden Luft zu den Druckkammern vorhanden sind.

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